非降水回波

非降水回波是指沒有降水產生的雲、霧、晴空大氣、地物、超折射或是虛假的旁瓣等雷達回波。

基本介紹

• 中文名：非降水回波
• 外文名：non-precipitation echoes
• 學科：天氣學
• 定義：不是由水體產生的雷達回波
• 類型：非降水雲回波、超折射回波等

定義

非降水回波（non-precipitation echoes）是指不是由水體產生的雷達回波。

作用

隨著新一代天氣雷達的廣泛套用，雷達產品在天氣預報、人工影響天氣等氣象業務上的套用顯得越來越重要。人們在雷達二次產品開發過程中不光要對降水回波進行計算，還需要對非降水回波進行剔除，但有時會將降水回波與非降水回波漏判甚至誤判，影響後續結果的計算，從而影響預報的準確性；另外某些非降水回波還對天氣具有重要的指導作用，忽略了對它的分析，會使我們失去準確快捷的預報工具。

類型

非降水回波包括地物回波、超折射回波、晴空回波、其他回波等。

地物回波

在標準大氣折射條件下，由地表及其上的各種物體對電磁波的反射產生的回波，統稱為地物回波。這些回波和地形、地物顯得比較一致，強度圖上表現為邊緣清晰，固定不變，速度圖上一般表現為零速度。識別地物回波最常用的方法就是抬高仰角，因為地物回波的高度比較低，隨著仰角的抬高回波會消失此外，地物回波在速度場上表現為零速度，觀測中容易與其它回波區分開。

超折射回波

超折射是指在異常折射情況下，超短波射線的絕對曲率大於地球表面的絕對曲率的折射。超折射回波指由雷達波在大氣中發生折射現象產生的回波。這種回波使原來雷達探測不到的目標物顯示出來了，由於超折射出現要滿足一定的大氣層結條件，因此超折射的出現對短期天氣預報也有一定的參考價值。又增加了雷達探測的極限距離，但同時也由於這種現象的存在增加了探測誤差。

圖1 左為超折射，右為海浪回波

超折射形成原因，有幾種不同類型。大陸上晴朗的夜晚，由於地面輻射，近地層降溫很強，尤其是夏半年地面較潮濕時，由於逆溫存在使水汽不能向上輸送，而形成水汽壓隨高度增加急劇減少，這時產生超折射，稱為“輻射超折射”。在雷暴消散期，由於降水對地面的冷卻作用，和降水後近地面濕層迅速上升，使得雷暴區的下部空氣層中產生超折射，稱為“雷暴超折射”。雷暴超折射與輻射超折射只是成因不同，其回波特徵是一樣的，速度場上都顯示為白色。他們都預示著大氣穩定輻射超折射的出現預示著未來至少小時的晴好天氣，雷暴超折射的出現預示雷暴開始減弱。超折射回波實質上也是地物回波的一種，但探測到的地物是我們平時看不到的地物，所以也可以用區分地物回波類似的方法區分超折射。

超折射層結還可能出現多層模式，由於大氣的層結狀況不同，雷達波束在大氣中的超折射方式也不同,雷達回波中也就出現了多層模式的超折射。二層模式的層結結構是：超折射層一非超折射層；三層模式的層結結構是：非超折射層一超折射層一非超折射層；四層模式的層結結構是：超折射層一非超折射層一超折射層一非超折射層。因此多層模式表現為超折射回波與非超折射回波相間排列的形式。

海浪回波是在海面上發生的超折射回波特殊形式，經由經驗的氣象人員觀察，在長樂雷達站經常能看到海浪回波，同時也能在台灣海峽對岸觀測到由於台灣島山脈反射形成的超折射回波，如圖1。

晴空回波

晴空回波定義：根據美國氣象學會的經典定義，晴空回波是一種從沒有明顯氣象散射物（比如雲或降水）的大氣區域中得到的雷達回波。它是由雷達波長尺度或小於雷達波長尺度散射目標物反射率的空間波動引起的回波。由於早期沒有尋找出其形成原因，也稱做“神仙波”。現在，人們發現產生這種回波的氣象條件有二種：一是大氣中存在折射指數不均勻的區域，即湍流大氣造成了對雷達波的散射；二是分層大氣中存在折射指數垂直梯度很大的區域，即大氣對雷達波造成了鏡式反射。相對於地物回波，晴空回波的高度一般都比較高，強度比較弱，但是其速度一般都比較大，這主要是由大氣湍流的散射造成的。

其他回波

奇異回波是由鳥和昆蟲或熱對流所引起，或是由大氣中強折射指數梯度對電磁波產生的反射或散射造成的雷達回波，由於其一般呈點狀，比較好識別和去除。

蜂窩狀奇異回波是由於地面受熱不均而引起的熱對流泡所形成,由於回波形狀像蜂窩，故稱為蜂窩狀奇異回波。這種回波一般強度較弱，常出現在測站附近，回波由許多直徑在一公里左右的泡體組成，泡中心無回波，回波頂高也只有幾百米。

窄帶奇異回波是細長的帶狀或圓弧狀彎曲的回波，寬只有一公里，其所在高度一般只有公里左右。窄帶奇異回波與降水回波的關係非常密切，它一般出現在兩種降水回波之間、雷雨帶之間或者單體雷雨和雷暴群周圍。窄帶回波多出現在雷雨回波移動方向的前方，它是雷雨雲前進方向上傾斜上升氣流與雷雨雲中的下沉氣流輻合形成的，由於此時雷雨雲中開始出現較大的下沉氣流，上升氣流不再占主導地位，雷雨雲不再發展，逐漸開始減弱，並最終走向消亡。因此窄帶回波的出現也意味著強對流開始減弱。

太陽光回波成因是太陽光中包含了與天氣雷達工作頻率相配合的電磁波。通常在日出及日落時，天氣雷達都會接收到這些來自太陽的電磁波，並將它誤認為雷達本身的回波。這些接收到的信號會顯示成從雷達中心向外伸展的條狀波束。

旁瓣回波是由於天線向外輻射出去的電磁波能量除了主瓣外還有旁瓣，有時旁瓣發射出去的電磁波也能夠被接收到並顯示出來,這種回波就叫做旁瓣回波。由於旁瓣輻射的能量很小，所以只有遇到一些特彆強的雲雨目標物時，才能觀測到。旁瓣回波在上的特徵比較明顯，表現為回波頂上出現一條細長的回波，由於它不是真正的回波，所以很容易影響人們對回波頂高的判斷。由於只有在遇到一些特彆強的雲雨目標時，才有旁瓣回波出現，所以“旁瓣”回波的出現通常會伴有雷雨、工會、冰雹等強對流天氣，即可以通過旁邊回波的出現來判斷有強對流天氣。

二次回波，天氣雷達會定時發出微波，有些時候，當從遙遠的雨區反射回來的微波到達雷達時，雷達己經再次發出脈衝。因此便誤以為該反射回來的微波是從第二次發出的脈衝所來，導致雷達錯認為雨區是在較近的位置。這些雷達回波被稱為“二次傳輸回波”。雷達圖像上顯示“二次傳輸回波”呈條帶狀，但這實際上是更遠距離庫的雨區所導致的。